CN113972781B - 一种转子轴及电机 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机技术领域，公开了一种转子轴及电机。转子轴包括转轴、转子和散热环。转轴用于与轴承的内圈固定连接；转子固定于转轴。散热环固定于转轴且与转子间隔设置，散热环具有沿转轴的轴向间隔设置的第一端面和第二端面，第一端面位于第二端面与转子之间，位于第一端面一侧的冷媒介质因更加靠近转子而温度较高，散热环还具有导流结构，导流结构用于在散热环转动时引导冷媒介质由第一端面流向第二端面，从而将温度较高的冷媒介质引导向温度较低一端，达到对转子进行散热的效果。

Description

一种转子轴及电机

技术领域

本发明涉及电机技术领域，尤其涉及一种转子轴及电机。

背景技术

很多设备都需要用到电机，电机在运行过程中产生的发热现象十分严重，特别是在高速永磁电机中，由于转子表面的涡流效应，导致转子和转轴的发热现象往往比定子和外壳更严重。此外，转子表面多采用碳纤维护套结构，由于碳纤维本身的物理特性，使得转子表面的散热性能很差，进一步加剧了转子和转轴的发热。

目前电机的冷却多采用水冷机壳或外置风扇结构，可以对电机的外壳以及定子起到较好的冷却作用，但对于发热严重的转子轴作用很小。为了解决这一问题，市面上出现了开设冷媒通道501的转子轴500，其结构示意图如图1所示，冷媒通道501开设于转子轴500内部，冷媒介质可以在冷媒通道内流通从而将转子轴500的热量带出，对转子轴500进行降温。但该方案存在的问题是：首先，由于需要在转子轴500上开孔，会导致转子轴500的加工难度增加，同时由于冷媒介质需要在冷媒通道501内和转子轴500的外部循环流通，为了适配这种转子轴500，必将导致电机的结构更加复杂，不利于安装与后期维护；此外该方案仅通过冷媒介质自身的流动传导热量，其散热效果并不好，如果需要达到较好的散热效果，还需要再增设风机对冷媒介质进行引导以形成流通，十分不利于设计与制造。

因此，亟需一种转子轴及电机，以解决上述问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种转子轴，能够利用转轴自身的旋转，引导吸收了转子热量的冷媒介质远离转子，以达到自散热的效果。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种转子轴，包括：

转轴，用于与轴承的内圈固定连接；

转子，固定于上述转轴；

散热环，固定于上述转轴且与上述转子间隔设置，上述散热环具有沿上述转轴的轴向间隔设置的第一端面和第二端面，上述第一端面位于上述第二端面与上述转子之间，上述散热环还具有导流结构，上述导流结构用于在上述散热环转动时引导冷媒介质由上述第一端面流向上述第二端面。

作为一种转子轴的优选方案，上述导流结构包括开设于上述散热环外周面的导流槽，上述导流槽呈螺旋状且上述导流槽的中心线与上述转轴的轴线重合。

作为一种转子轴的优选方案，上述导流结构还包括开设于上述散热环的导流孔，上述导流孔的一端穿过上述第一端面，另一端穿过上述散热环的外周面且与上述导流槽连通。

作为一种转子轴的优选方案，上述导流结构还包括开设于上述散热环的导流孔，上述导流孔的一端穿过上述第一端面，另一端穿过上述第二端面。

作为一种转子轴的优选方案，上述导流孔设置有多个，多个上述导流孔沿上述散热环圆周方向间隔设置。

作为一种转子轴的优选方案，上述散热环设置有两个，两个上述散热环分别沿上述转轴的轴向设置于上述转子的两侧。

根据本发明的另一个方面，提供一种电机，包括上述转子轴，还包括：

电机壳；

定子，固定于上述电机壳且间隙套设于上述转子，上述定子与上述转子之间具有第二间隙；

轴承，其外圈固定于上述电机壳，上述转轴固定于上述轴承的内圈。

作为一种电机的优选方案，上述定子与上述电机壳之间具有第一间隙，上述第一间隙与上述第二间隙连通。

作为一种电机的优选方案，上述定子包括定子铁芯和定子绕组，上述第二间隙包括位于上述定子铁芯与上述转子之间的间隙和位于上述定子绕组与上述转子之间的间隙，上述定子绕组之间具有第三间隙，上述第三间隙分别与上述第一间隙和上述第二间隙连通。

作为一种电机的优选方案，上述电机壳具有散热片。

本发明的有益效果是：

通过固定于转轴且与转子间隔设置的散热环，在转轴进行旋转时，转轴带动散热环同步转动，靠近转子的冷媒介质因吸收了转子的热量导致温度相对较高，由于散热环具有导流结构，通过导流结构引导冷媒介质由靠近转子的第一端面流向远离转子的第二端面，从而引导靠近转子的冷媒介质远离转子，将转子的热量进行转移，达到对转子进行散热的效果。此外，由于散热环固定于转轴，并完全依靠转轴而转动，从而无需设置额外的动力源即可达到转子的散热，使转子轴及电机的结构更加简单。

附图说明

图1是现有技术中转子轴的结构示意图；

图2是本发明实施例中的转子轴的结构示意图；

图3是图2中A处的放大图；

图4是图2中B处的放大图；

图5是本发明实施例中的电机的结构示意图。

图中：

500、转子轴；501、冷媒通道；

100、电机壳；

200、定子；201、定子铁芯；202、定子绕组；

300、轴承；

401、第一间隙；402、第二间隙；403、第三间隙；

1、转轴；

2、转子；

3、散热环；31、第一端面；32、第二端面；33、导流槽；34、导流孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

图2示出本发明实施例中的转子轴的结构示意图。参照图2，本发明实施例提供一种转子轴，通过转子轴自身的旋转而进行散热，结构简单，可用于电机，同样适用于发电机，本实施例以电机为例进行说明。

继续参照图2，转子轴包括转轴1、转子2和散热环3。转轴1用于与电机连接，具体为用于固定连接于电机中的轴承内圈。转子2固定于转轴1，转子2用于与电机的定子配合，在定子产生的旋转磁场的驱动下产生高速回转运动。散热环3固定于转轴1且与转子2间隔设置，可选地，散热环3的轴线与转轴1的轴向重合，以方便加工与装配。转轴1与散热环3可通过过盈配合进行固定连接，也可通过焊接的方式连接。

继续参照图2，散热环3具有沿转轴1的轴向间隔设置的第一端面31和第二端面32，第一端面31位于第二端面32与转子2之间，也就是说，第一端面31相对于第二端面32靠近转子，位于第一端面31一侧的冷媒介质由于距离转子2较近，更易吸收转子2的热量从而温度相对较高，位于第二端面32一侧的冷媒介质则温度相对较低。散热环3还具有导流结构，导流结构用于在散热环3转动时引导冷媒介质由第一端面31流向第二端面32。在转轴1进行旋转时，转轴1带动散热环3同步转动，导流结构引导冷媒介质由靠近转子2的第一端面31流向远离转子2的第二端面32，从而引导靠近转子2的冷媒介质远离转子2，将转子2的热量进行转移，加速冷媒介质的流动，降低转子2的表面温度，达到对转子2进行散热的效果。此外，由于散热环3固定于转轴1，并完全依靠转轴1而转动，从而无需设置额外的动力源，仅通过转子轴的自转即可达到转子2的散热，使转子轴及电机的结构更加简单。

图3是图2中A处的放大图。参照图2-图3，具体地，导流结构包括开设于散热环3外周面的导流槽33，导流槽33呈螺旋状且导流槽33的中心线与转轴1的轴线重合。通过螺旋状的导流槽33，在散热环3转动时，导流槽33对位于导流槽33附近的冷媒介质提供由第一端面31一侧流向第二端面32一侧的驱动力，引导冷媒介质由第一端面31流向第二端面32。此外，设置螺旋状的导流槽33还能够增加散热面积，有利于散热环3本身的散热。

作为一种可替代方案，导流结构包括设置于散热环3外周面的导流凸起，导流凸起与散热环3轴向呈夹角且沿散热环3圆周方向间隔设置，在散热环3转动时同样能够引导冷媒介质由第一端面31流向第二端面32。

图4是图2中B处的放大图。参照图2、图4，导流结构还包括开设于散热环3的导流孔34，导流孔34的一端穿过第一端面31，另一端穿过散热环3的外周面，使导流孔34与散热环3的轴线呈夹角，可在散热环3转动时，在离心作用下，引导冷媒介质由第一端面31流向散热环3的外周面，能够引导靠近转子2的冷媒介质远离转子2，从而对转子2进行降温。

作为一种可替代方案，上述导流孔34的一端穿过第一端面31，另一端穿过第二端面32，从而导流孔34能够引导冷媒介质由第一端面31流向第二端面32，增强了冷媒介质的流通效率，此外，即使在转子轴静止时，导流孔34同样具有一定的引流作用。作为优选地，导流孔34与散热环3的轴线呈夹角，且导流孔34位于第一端面31的开口相对于导流孔34位于第二端面32的开口更靠近散热环3的轴线，使冷媒介质可以借助自身的重力在离心作用下进行流动，导流孔34与散热环3的轴线夹角优选为25-45°。

继续参照图2、图4，在本实施例中，导流孔34与导流槽33连通，使导流孔34与导流槽33具有整体性技术效果。具体原理为导流孔34的位于散热环3外周面的开口设置于导流槽33内，从而将冷媒介质在经导流孔34引导并从位于散热环3外周面的开口排出后，再次经过导流槽33的引导，到达第二端面32。由于导流孔34的设置，使冷媒介质具有多条路径进入导流槽33，增强了导流槽33对冷媒介质的引导作用。

继续参照图2、图4，导流孔34设置有多个，多个导流孔34沿散热环3圆周方向间隔设置。通过设置多个导流孔34加强导流孔34的引流作用，可进一步提升散热效果。

参照图2-图4，由于转子2一般设置于转轴1的中间部，为了同时增强转子2两侧的冷媒介质的流动效果，散热环3设置有两个，两个散热环3分别沿转轴1的轴向设置于转子2的两侧。此时两个散热环3上的不同导流槽33旋向相反。可选地，散热环3设置有多个，多个散热环3分别沿转轴1的轴向设置于转子2的两侧，应当注意，位于转子2同一侧的各个散热环3上的导流槽33旋向相同，位于转子2两侧的各个散热环3上的任意两个导流槽33旋向相反。

以下结合图2-图4详细介绍转子轴的散热原理：

在电机运行过程中，转轴1与转子2转动，转子2易发热，使位于转子2附近的冷媒介质温度较高。转轴1带动散热环3同步转动，导流结构引导位于第一端面31一侧的冷媒介质运动至第二端面32一侧。冷媒介质进入导流结构有两条路径，一是通过导流槽33位于第一端面31的开口直接进入导流槽33内，二是通过连通于导流槽33的导流孔34进入导流槽33内。在冷媒介质进入导流槽33内后，螺旋状的导流槽33引导冷媒介质向导流槽33位于第二端面32的开口流动，进而到达第二端面32一侧。从而使温度相对较高的冷媒介质，即位于第一端面31一侧的冷媒介质经导流结构引导而进入第二端面32一侧，达到散热的效果。

图5示出本发明实施例中的电机的结构示意图。参照图5，本实施例还提供一种电机，包括上述转子轴，还包括电机壳100、定子200与轴承300。定子200固定于电机壳100且间隙套设于转子2，定子200与转子2之间具有第二间隙402，轴承300的外圈固定于电机壳100，转轴1固定于轴承300的内圈。

继续参照图5，定子200与电机壳100之间具有第一间隙401，第一间隙401与第二间隙402连通。本实施例中，导流槽33位于第一端面31的开口与第一间隙401连通，导流槽33位于第二端面32的开口与第二间隙连通，从而使上述转子轴的散热过程为位于第二间隙402冷媒介质流通至第一间隙401，达到散热效果。

继续参照图5，定子200包括定子铁芯201和定子绕组202，第二间隙402包括位于定子铁芯201与转子2之间的间隙和位于定子绕组202与转子2之间的间隙，定子绕组202之间具有第三间隙403，第三间隙403分别与第一间隙401和第二间隙402连通。通过第三间隙403使冷媒介质的流通形成回路，即冷媒介质依次在第二间隙402、第一间隙401及第三间隙403间循环，具体为在导流结构的作用下，冷媒介质从第二间隙402流向第一间隙401，从而使第一间隙401中流体的压力相对于第二间隙402较大，进而驱使位于第一间隙401中的冷媒介质重新流到第二间隙402中，具体为经过第三间隙403流回第二间隙402，并再次重复上述过程。其中由于第二间隙402靠近转子2，位于第二间隙402的冷媒介质温度较高，而位于第一间隙401的冷媒介质可通过电机壳100与电机外部进行热量交换而温度较低，使冷媒介质循环流动，不断进行热交换，从而达到降低转子2表面温度的效果。

可选地，电机壳100具有散热片，以进一步提升位于第一间隙401的冷媒介质与电机外部的热交换效率，间接提升对转子2的散热效果。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种转子轴，其特征在于，包括：

转轴(1)，用于与轴承(300)的内圈固定连接；

转子(2)，固定于所述转轴(1)；

散热环(3)，固定于所述转轴(1)且与所述转子(2)间隔设置，所述散热环(3)具有沿所述转轴(1)的轴向间隔设置的第一端面(31)和第二端面(32)，所述第一端面(31)位于所述第二端面(32)与所述转子(2)之间，所述散热环(3)还具有导流结构，所述导流结构用于在所述散热环(3)转动时引导冷媒介质由所述第一端面(31)流向所述第二端面(32)；

所述导流结构包括开设于所述散热环(3)外周面的导流槽(33)，所述导流槽(33)呈螺旋状且所述导流槽(33)的中心线与所述转轴(1)的轴线重合；

所述导流结构还包括开设于所述散热环(3)的导流孔(34)，所述导流孔(34)的一端穿过所述第一端面(31)，另一端穿过所述散热环(3)的外周面且与所述导流槽(33)连通；

所述导流结构还包括开设于所述散热环(3)的导流孔(34)，所述导流孔(34)的一端穿过所述第一端面(31)，另一端穿过所述第二端面(32)；

所述导流孔(34)与所述散热环(3)的轴线呈夹角，且所述导流孔(34)位于所述第一端面(31)的开口相对于所述导流孔(34)位于所述第二端面(32)的开口更靠近所述散热环(3)的轴线。

2.根据权利要求1所述的转子轴，其特征在于，所述导流孔(34)设置有多个，多个所述导流孔(34)沿所述散热环(3)圆周方向间隔设置。

3.根据权利要求1-2任一项所述的转子轴，其特征在于，所述散热环(3)设置有两个，两个所述散热环(3)分别沿所述转轴(1)的轴向设置于所述转子(2)的两侧。

4.一种电机，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的转子轴，还包括：

电机壳(100)；

定子(200)，固定于所述电机壳(100)且间隙套设于所述转子(2)，所述定子(200)与所述转子(2)之间具有第二间隙(402)；

轴承(300)，其外圈固定于所述电机壳(100)，所述转轴(1)固定于所述轴承(300)的内圈。

5.根据权利要求4所述的电机，其特征在于，所述定子(200)与所述电机壳(100)之间具有第一间隙(401)，所述第一间隙(401)与所述第二间隙(402)连通。

6.根据权利要求5所述的电机，其特征在于，所述定子(200)包括定子铁芯(201)和定子绕组(202)，所述第二间隙(402)包括位于所述定子铁芯(201)与所述转子(2)之间的间隙和位于所述定子绕组(202)与所述转子(2)之间的间隙，所述定子绕组(202)之间具有第三间隙(403)，所述第三间隙(403)分别与所述第一间隙(401)和所述第二间隙(402)连通。

7.根据权利要求4-6任一项所述的电机，其特征在于，所述电机壳(100)具有散热片。

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